《天线》-第二章-《天线基础》-讨论贴

大家好，第一个专题讨论贴，讨论《天线》第二章《天线基础》的相关内容。专帖讨论以提问回答的形式进行，大家有任何问题都可以留言提问，并按照自己的理解回答讨论别人的问题。 667t
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请各位组员积极参与讨论，沉默潜水对自己没有任何帮助。 Z.19v>-c  
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讨论之后的相关学习报告的形式和提交办法稍后可以讨论。 m=y)i]=1  
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为了避免讨论贴页数过多，请大家每次发言的时候将自己的见解汇集在一个帖子里，这样可以方便浏览以及统计分数，尽量避免一次留言发个5、6贴的情况。因为要汇 .. )7TTRL  
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谢谢诸位的精彩讨论，我想第二章大家感兴趣的内容大概就是这么多了，不知哪位可以试着将我们讨论过的，有统一（或者肯定）意见的内容总结一下？ ZvJx01F{  
D%btlw?{  

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另外，需要强调一下，因为是学习小组，因此有必要要求每一位组员都在学习讨论的过程中有所贡献。因此点名： o%iTYR:x  
bHNaaif}P  
陈豪俊 ShP V!$0  
我是赖皮 dWSH\wm+  
verygood HmKE>C/  
左胸膛 #Ba'k6b  
h:wD &Fh8  
4位组员，请务必加入讨论。不需要有长篇大论，不需要完全理解本章内容，根据个人阅读本章内容的体会和问题加入讨论即可。 :|TBsd|/x  
8'$n|<1X  
虽然我们是论坛里的虚拟小组，没有什么强制性的利害关系，但是希望每一位朋友都能对自己对他人负责。 Q[^d{e*l  
\~>#<@h  
作为第一个小组，我个人建议尝试引入淘汰机制：如果两次专题讨论都没有任何发言，或者连续两次不提交专题报告的话，组长有权利将该组员除名（或留组不予晋级）。 8Sa<I.l  

看到大家的热情讨论，我很欣慰……。 vjmNS=l  
u8 Q`la  
也提醒其他几位组员，请尽量加入讨论，不需要有什么高论，说出你的想法和理解即可。通过讨论我才能知道各位组员对本章内容的理解情况，方便分配专题报告内容。

我先写一些我自己的问题吧，算是为讨论开个头： G?+0#?'Y  
h9Tst)iRi  
1. 什么是天线的辐射电阻（R）？它和天线阻抗（Z）有什么区别？为什么天线用于遥感器件时可以观测辐射电阻的外观温度？ woUt*G@  
ZFC&&[%-sG  
2. 远场条件如何定义？在实际工程中应该如何应用？在仿真软件中远场有什么要求？ @rE+H 5  
`3^%ft~l  
3. 定向性和增益之间有什么关系？ &SMM<^P.  
(j&7`9<5  
4. 如何理解天线的分辨率？它和定向性有什么关系？这个参数有什么实际意义？ ;>CM1  
Lvb'qZ6n  
5. 如何理解天线的极化？天线的轴比和极化有什么关系？ #X"fm1  
Bo4iX,zu  
大家也可以提出自己的问题。

对于Mr.hefang提的问题，小弟的看法如下（仅个人观点，不对的地方还望大家多指出，给小弟指正一下，热烈欢迎同志们拍砖）： yX(6C]D  
1。天线阻抗也即天线输入端口的阻抗Z，它的实部对应着天线的有功功率，虚部对应着无功功率，也即天线的近场功率（应该是工程上的近似，其实我的感觉是近场也会有功率传播出去的，要是没有传播的话，那远场的功率从那而来呢？功率应该是不会跳过某一空间(已包围源了)传到另一空间吧）。天线的有功功率包括天线的辐射功率和天线本身的导体损耗的功率。天线的辐射功率也就对应着天线的辐射电阻。上述讨论的功率与电阻之间是通过某一电流来相关联的（该电流我的记忆里是天线输入端的输入电流的最大值，也可以是等效电流吧）。 Al`[Iu&  
外观温度：物体对天线信号的反射功率大小的一种度量吧。不同的物体对应不同的发射功率。 }x1mpPND  
X?.bE!3=  
2．远场的理解，点到天线的距离远大于天线本身尺寸和波长。具体的指标应该是根据不同的天线种类有不同的规定（我的模糊印象和理解）。 k852M^JP  
实际工程中应该是不同的天线取大概多少个波长吧。（没实际做过，具体的不清楚） $
{ ~UA6  
%6"b< MAO  
3．定向D是在同一辐射功率下，最大辐射方向上的功率密度与全向天线的功率密度之比。 v;;X2 a1k  
   增益G是在同一输入功率下，最大辐射方向上的功率与全向天线的功率密度之比。 h tn2`  
   增益G等于天线的效率（辐射功率与输入功率之比）与定向D的乘积。 bkl'0 p  
O.E  
4．不清楚 [,a O*7N  
#?i#q%q  
5．天线的极化是指天线辐射出的电场矢量末端在某一固定观察面（与传播方向垂直）上的运动轨迹。有线极化，圆极化，椭圆极化。 AAdRuO{l1  
天线的轴比是天线辐射电场的两个垂直分量的幅度之比。通常取dB。当AR=0dB时，两垂直分量幅度相等，此时天线的电磁波是圆极化方式。通常认为AR<=3dB可近似是圆极化。AR=∞时，天线的远场区域电磁波是线极化。3<AR<∞时，为椭圆极化。圆极化和椭圆极化又可分为右旋（椭）圆极化和左旋（椭）圆极化。 v) q6  
右旋：。右手大拇指指向电场传播方向，四指握向为电场矢量末端的运动方向时，天线远场区域的电磁波为右旋极化。 Sh]x`3 ).  
左旋：左手大拇指指向电场传播方向，四指握向为电场矢量末端的运动方向时，天线远场区域的电磁波为左旋极化。 !DCJ2h%E[_  
~&~%qu  

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+2w54X%?M  
第二章我还只看到了2.5辐射强度呢。上面有的问题个人知道一点，有的则不知道了。知道的全贴出来了，热烈欢迎大家拍砖指正，不胜感激。 z[S,hD\w  
zHB{I(q  
问题： S~F:%@,*  
2.2节 天线基本参数 = sIR[V'(  
1.在传输线的均匀段，两线间距远小于波长，能量以平面电磁波的模式导行，为什么？传输线的两线间距达到或超过波长的量级，将波向自由空间辐射而表现出天线的性质，为什么？（2.2天线基本参数，P9第二段） tGd<{nF%2  
2.3节 波瓣图 LZG^\c$  
1.波瓣半径r正比于在该方向Thita和Phi上的场强，怎样去理解？(P10，2.3节的第一段) N)h>Ie  
2.场强点所在的距离远大于天线尺寸和波长是，场波瓣的形状就与距离无关，为什么？（P11，图2.3下面第一段） r<O^uz?Di  
小弟没什么工程经验，天线学的也不是很好，所以问的问题全是在书上，结合不到实际工程上，感觉有点读板书了，大牛们莫笑啊。 /)de`k"  

对于2.2节 天线基本参数这个问题：具体的数学推导是很麻烦的，我的理解是双线上两导线相对应的线段上的电流是等幅反相的，.两线产生的场相互抵消。在传输线的均匀段，两线间距远小于波长，能量会被束缚在两导线之间，会以平面电磁波的模式导行。但是当两线间距达到或超过波长的量级，即两线向外张开时，线上的电流相位差将改变，两线上的场无法相互抵消，就会有能量向外传播。例如将双导线两臂末端的一段，一个向上折90度，一个向下折90度，构成对称振子，则振子两臂的电流是等幅同相的，能量将向空间自由辐射。 @&Nvb.5nT  
r0X2cc  
对于2.3节 波瓣图，问题1：波瓣图本身就是描述空间场或功率的大小的，具体表示在三维空间里，就是应该正比于该方向上的Thita和Phi的场强。不知版主的的意思是？ 4*+EUJ|  
    问题2：这个也是按具体的场强公式推导的，小弟也没记住，以电基本振子为例，在远场区，电场和磁场正比于(e-jkr)/r,  -jkr是指数，说明沿r方向相位连续之后，场强越来越小，波瓣形状越来越接近球面，所以表现出与距离无关。 xapkhIW2\  
    小弟菜鸟一枚，以上观点也是自己的理解，望大家多指教一下，不足之处请见谅。 4o*V12_r'4  
y2+a2  
BL8\p_U  

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-YuvEm#f  
回 1楼(hefang) 的帖子 I }/Oi]jA6  
?UfZVyHv+  
4iLU "~  
对于天线分辨率，书上定义为第一零点波束宽度的一半，小弟认为它就是一个特殊点，因为它与半功率波束宽度（近似相等）等参量的关系，将天线能够分辨的点源数与该天线的定向性联系在了一起（数值上等于定向性）。这样在实际应用中，可以用它来定位等等。在具体的天线设计中，好像也没有要求，因此小弟纯属个人见解，望指教 讨论。 sN C?o[9l!  
Mb>6.l  
^TEODKS  

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R$fna[Xw@/  
小弟提出的问题是 Vd?v"2S(9  
1 一个特定形状的天线，在特定的环境下，它的轴比是不变的吗？必须改变天线结构才可以？ `U g.c  
.d"+M{I  
2  如何区分天线的天线效率和辐射效率？在工程中，我们关注哪一个？ ,#E5/'c`  
fiZv+R<x1  
3  在工程应用，例如hfss中，如果天线的阻抗匹配状况不好，对天线增益的影响大不大？ EORRSP,$2  
^z^>]Qd  
小弟这一章还没有看完，暂时再提一个与天线阻抗相关的工程问题吧。大家都知道，在hfss中设置集总端口时候，要设置端口阻抗。小弟以前一直是将其视为行波匹配来理解的，也就是说假设发射源的内阻为20+j20(一般都是50欧），小弟就会将端口阻抗设置为20-j20,用来实现与源的共轭匹配。可是前一段时间看到相关书上说，集总端口的端口阻抗应直接“设置为测试系统的内阻”。这就是说要设置为20+j20吗？ '!2t9B8XX  
   一直将天线的输入阻抗看做负载处理的，也就是将它与传输线的特性阻抗在做行波匹配，不知道hfss中是否应该这样，望大牛指点。 }=|ZEhtOp  
GBphab|  
  非常感谢版主和管理员，给大家提供这样的讨论平台，希望大家踊跃参与讨论，谢谢 0&.lS
wa  

看了之前几位的讨论，发现自己有那么多没注意到的东西。。。 回去查资料再细细看下，先说说自己对几个问题的浅见哈。 wuBlFUSg  
GCP{Z]u  

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SLQ\Y%F  
hefang大人的帖子： 7
Ykj#"BZ  
-TK|Y"  
1.书中天线温度，被动遥感在第12章有涉及。看了一下，还是不太懂。。。希望牛人解答。同意yeahnet版主的意见，这里的辐射电阻是“从空间耦合到天线终端的电阻”，一个等效度量的概念；加上“天线结构自身的电阻”就是总的天线阻抗。对于外观温度，印象中是对器件噪声功率的一种度量。 )]c]el@y  
B@"SOX  
2.结合http://bbs.rfeda.cn/read.php?tid=48402&page=1这篇帖子中大牛们的讨论，远场条件的定义，要结合天线结构尺寸，不同天线有不同的近似估算公式。 j[m_qohd7  
hs!UX=x|  
3.定向性与增益的比是天线效率因子，我想，从D的定义中看是最大辐射功率密度与其平均值的比，而增益侧是考虑天线实际上的辐射效果，包括了天线本身损耗。 .Ca"$2  
I=4Xv<F  
4.我的感觉，FNBW/2是可以用同波束，互不干扰的测量两个量的最小间距。“一个在最大指向上，另一个就在零点方向上”。N是波束范围同整个球空间立体角的比例关系，包含有多少个这么大的波束范围，理论上就可以分辨出多少个点。因为这里的波束范围用的是天线立体角度量，所以在数值上与D相等。工程上，似乎是雷达方面涉及的比较多。 wO2V%v^bp  
  j.=UI-&m  
5.极化方向关注是电磁波在传播中的场矢量的变化方向，结合所传播的不同介质，入射方向等因素，影响电磁波的传播特性。轴比可以用来定义三种极化形式，一如yeahnet版主所说。 xfV,==uF  
`N|U"s;  

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H9Y2n 0  
yeahnet版主的帖子： -~vl+L  
2.2，没仔细相过这个问题，感觉和luyk24所说的，应该是涉及到传输线上波传播的推导，回去翻翻微波工程。。。 QD.zU/F~>  
2.3-1 感觉用r来正比于场强，所得到的方向图有比较直观的概念，是不是约定好的呢 。 7d|*postv  
,YP1$gj  
2.3-2 我的想法是可以结合dBi的概念，定向性可以看作是该天线与全向天线在特定点的功率密度比值，这就与距离无关了。 o~OwE7H)A  
DD12pL{QA  

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zp7V\W; &  
luyk24的帖子： 5"-una>D  
fV.A=*1l#  
1.这里的特定环境是指其他外部条件都不变么？只是改变 h*;g0QBkl  
3d,-3U  
2.个人感觉更关注辐射效率，两者应该有正相关的关系吧。 wMH[QYb<*  

QvG56:M3  
3.如果是馈线匹配不佳的话，回波损耗就会增大，整体天线损耗加大，增益会下降。这个影响看指标要求吧，要是很紧张就难说了。没怎么考虑过hfss端口阻抗概念的问题。再查查资料。 Z/89&Uy`h  
%XEKhy  

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;Pol#0_(  
自己工程经验欠缺，好多都没考虑到，也不太清楚。这里，先提几个自己碰到的问题哈： Q(~3pt
 
Cec9#C  
1.应该怎么理解2.4节公式（5）所表达出的，“波束范围是指天线的所有辐射功率等效的按P的最大值均匀流出时的立体角”的概念。感觉从整体等效的理解还好，从这里波束范围的定义式如何看出来呢？ 4 [R8(U[g  
"*Lj8C3|n  
2. 2.9节中公式（4）之后，远场Er=Ea*Ae/（r*lamda）。这个式子是通过后面提到的Friis公式得到的么？如果是，为什么这里远端的口径等效成了Ae？ a,/M'^YyN  
Je#!Wd  
3.2.9节中公式（6），从物理角度该如何比较直观的理解呢？比如（9）式中，波束范围越小，最大功率密度就比较大，定向性就越好。 M>*0r<qn  
sBP}n.#$  
4. 2.14节中，最后一段。“在某些频率上，这两种反射可以补偿，但补偿的频带很窄”。这里的两种反射，“反射回传输线”指的是馈线部分的回波反射么？“末端反射”是指什么呢？类似驻波末端反射？这里的补偿又有什么实际意义呢？ 1A7%0/K-]  
Af2=qe  
5.例2.17.1，推导中“由三角形的相似性可知。。。”这里是怎么得到的呢？ g,t3OnxS?  
非常感谢大家，感谢论坛能提供这么一个能交流学习的平台，可能表述上有些纠结，请大家理解哈，谢谢，接着看书去了。。。 4zo4H~@gk  
1s{ISWm  

第二个问题，远场与近场是有一个分界的，一般用D表示天线的口径尺寸，拉姆达是其波长，一般用r=2D2/拉姆达，来表示这个分界距离， ; yyO0Ha  
1  o|T  

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下面也是自己的一些看法，不对就果断拍板砖、、、 GJX4KA8J  
第一个问题，一个形状已经固定，而且是在固定环境下工作的天线它的轴比问题，轴比是确定的，这个我在做gps天线的过程中，已经得到了结论，天线的远场参数在天线加工出来以后就已经确定了，除非你去改变一些东西，比如说天线的形状，工作的环境，还有可能是其他一些因素。 9UP:J0 `  
第二个问题，天线效率其实可以说成天馈效率把，就拿最基本的天线系统来说，它的总效率是天线的辐射效率乘以匹配网络的效率（这个效率还应该把匹配网络的损耗考虑进去），而辐射效率=辐射电阻/（辐射电阻+损耗电阻），这两个值很明显的不一样，而且如果你用过CST这个方针软件的话，你在远场参数中可以明显的看到，它的效率有两个，一个是天馈效率，一个是辐射效率，工程上应该都要考虑的，毕竟有的时候，你的匹配网络做的好坏还是对你的天线性能有很大影响的。 r=qLaPG  
Id%_{),HX  

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回 9楼(luyk24) 的帖子 ?yp0$r/  
Q!K`e)R  
P<u"97@8a  
这个第三个问题，我也一直有些问题，这个问题我自己理解是有影响的，但是我同学告诉我是没有影响的，也是啊你说阻抗匹配是影响你的回波损耗的把，你反射回去的这部分能量我是可以不去关心的，天线的增益用公式表示可以表示成G=Dn（没有也他、、、、）这个辐射效率=辐射电阻/（辐射电阻+损耗电阻），我感觉这样理解也没有什么错，所以现在我感觉阻抗匹配对你的增益是没有影响的，请指正、 job[bhK'Jt  
$&IpX M]  

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回 3楼(yeahnet) 的帖子 co/7lsW  
ymtd>P"  
" \:ced  
第二个问题，天线的远场和近场有一个理论上的分界线，这个分界线是用平面波德等相位面来衡量的，一般取π/8，（具体应用的时候也可以去π/2,π/4等值，完全是看情况）用D表示它的口径尺寸，这个距离r=2D2/lamuda aM$\#Cx  
a"QU:<-v  

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回 9楼(luyk24) 的帖子 ;W0]66&  
>Dne? 8r  
AliRpxxd  
最后一个问题，我感觉你理解有些错误、、、、 ，如果我理解错了，请拍、、、、 hY+R'9  
这个电阻的问题，共轭匹配是为了得到一个最大的传输功率，一般会把源阻抗，负载电阻弄成共轭匹配，但是如果你的天线不是rfid、、、没有有源器件的话，你完全可以把天线理解成一个无源器件，它的阻抗匹配是为了和馈电的馈线匹配，也就是我们熟知的50Ω，一般工程中，它对于这个匹配的问题都要求不是那么严格的， [h4o7  
Y;,Hzmbs6w  

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回 5楼(yeahnet) 的帖子 {7X#4o0  
>dk9f}7-  
J='W+=N  
有些推导公式的问题太繁琐、、、、、哈哈 {rC~P  
最后那个问题，当场强所在点的位置远大于天线的波长或者口径的时候，天线的方向图肯定就与距离没有关系了啦~天线的方向图一般是在远场条件下载暗室中测量的，在进场区，你可以查一下公式，具体公式我也记不住了、、、、 天线的辐射强度是和离开天线的距离的三次方成倒数关系的把、、（你可以验证一下），不是一个线性的关系，所以一般测量方向图不会在进场区测量而选择远场区，在远场天线辐射的功率强度已经和离开它的距离成线性关系了（也有公式），暗室中所读取的数据是用矢量网络分析仪的S21这个电平值来表示的，是一个比值，所以要取一个线性关系。 j5\$[-';  
JvkL37^n:  

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我提两个问题，谁能解释一下，偶极子的方向图为什么是一个“8”字形状、、、还有有效高度这个概念，在一般的单级子天线中，具体是指那一部分？   感觉这个平台太好了，可以学不少东西，而且自己的一些问题也可以得到大牛的解答~ ~

呵呵 没有拍砖一说 还要谢谢大家的讨论 ~ >1|g5  
   1  关于轴比的问题，你的看法很对，谢谢~我想强调的是，改变天线馈电点，轴比也应该是不变的 ;#anZC;  
   J)x3\[}Ye  
f}fsoDoQ=  
2   关于两个效率的区别，我这两天查了资料，因为我是针对hfss提问的，对CST里的参数不了解，就解释一下他们的定义吧，权当参考：天线效率是指辐射到空中的总功率与发射机输入到天线端口的总功率之比（包含反射功率）；辐射效率是指辐射到空中的总功率与进入到天线端口的功率之比。显然，在数值上，后者大于前者，个人理解，更加关注的是天线的天线效率 s:|M].  
S`q%ypy  
3  关于增益，我的理解仍然是阻抗匹配对增益是有影响的，按你那个公式，如果不匹配，天线的损耗电阻是要增加的，并且辐射电阻也要减小（假设辐射电阻和损耗电阻均归于输入端电流），这样Gain也会变。所谓增益，定义之一是：在某点产生的相等电场强度的条件下，理想点源输入功率p0与某天线的输入功率p1的比值。从这个角度来看，我觉得增益也会变。这个是我个人想法，咱们在讨论讨论~~为了验证这个问题，我想在hfss中实践一下，彻底解决这个懒得仔细动的问题 dbF M,"^  
^PqF<d6  
  至于端口阻抗的设置，因为一般都是50欧的设置，如果不做标签天线，确实没什么讨论价值。通过这两天看书，我感觉确实对阻抗理解有偏差，可能是负载端的匹配一直是50欧姆，我就默认为直接做相等的匹配。共轭匹配一般是源端的匹配。只是有同学曾经用hfss做过实践，以我那个例子来说，端口阻抗设置为20+j20,和20-j20，结果明显是有差异的，这与软件的默认有关，如果在实际中，当然不用管设置，直接做共轭即可，但是在仿真软件中，要考虑设置吧~呵呵，谢拥军老师那本书说应该直接设置为测试系统内阻，可是试过之后，hfss结果偏差很大~ 这个问题保留吧，希望有大牛来帮忙解答一下，谢谢~ \L]|-f(4  
Dgi~rr1`'s  
  非常感谢你的讨论，也希望大家都踊跃发言，既然报名读书会，就应该花时间认真对待,共勉~

哈哈哈，拍砖只是个说法，~ ~ 44|03Ty  
第一个问题，馈电点的位置不会改变圆极化天线的轴比，在微带天线中，馈电点的位置是会影响天线的舒服阻抗的，微带天线可以等效成了沿着L边（辐射边）的两个辐射缝隙，输入阻抗随着馈电逐渐靠近两个辐射缝隙而逐渐增大，patch的中心位置阻抗最小。扯的优点远了、、、、 +1f{_v  
阻抗匹配影响增益这个问题，确实有说法，但是我感觉经过我自己的测试以后，我发现这确实好像对它的增益没影响，它只是反应了你的信号源发射出来的能量有多少被反射回来，有多少到达了天线的发射端口，这些都是我身边的有工程经验的人给我的一些启示，但是也有可能是错误滴~ ~   2dyxKK!\a  
还有就是你可以看看微波工程中，第二章 传输线理论中的第6节 源和负载的失配 ，还有就是我在放大器那一节貌似看到过，共轭匹配好像不一定是传输最大功率的充要条件，我也翻翻书，然后我们继续讨论。 9BurjG1k?  
有几个问题： l~{T#Q  
1）2.12中，振荡偶极子产生的场，谁可以将这个场分布和偶极子方向图联系着给我讲讲，一直很困惑、 QvNi8TB  
2）偶极子的方向图为什么是‘8’字。 |{!Ns+'  
3）有效高度在单级子中具体是指？ )SD_}BY%k  
4）P32，下面第一段中，说到偶极子都是平衡的，都由双导体馈电，单级子都是非平衡的，都由同轴馈电，这个不一定吧？偶极子也可以用同轴馈电啊~这里是说错了吧、、、 4sQ~&@[Q+  
5）同轴线内外导体的电流分布，我一直想知道这个问题，希望大牛解决~   Xr)g  
jL2MW(d^Q  
这个版块太好了，大家共勉进步~